Missä päin on riski ja missä ystävä? Alkuihminen halusi kuulla sen, ja niin haluaa liikemieskin. Uusi äänimaiseman tekniikka kannustaa korvaamaan bisnesolentoja videoneuvotteluilla.


ja niin haluaa liikemieskin. Uusi äänimaiseman tekniikka kannustaa
korvaamaan bisneslentoja videoneuvotteluilla.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Jos sulkee silmänsä, voi melkein luulla olevansa muualla: konserttisalissa, kirkossa tai neuvotteluhuoneessa.
Tai metsässä, jossa linnut laulavat ympärillä.

Ääneen ja akustiikkaan syventynyt akatemiatutkija Ville Pulkki vie pienelle tulevaisuusmatkalle huomisen äänentoistoon. Hän esittelee tilaääntä Teknillisen korkeakoulun Akustiikan ja äänenkäsittelyn laboratorion kuunteluhuoneessa Otaniemessä.


Äänimaiseman tarve syvällä

Kotiin täydellistä äänimaisemaa täytyy vielä odottaa, mutta suunta näkyy. Vierailu kuunteluhuoneessa saa myös vakuuttumaan, että tarvitsemme tilaääntä.

Yhdestä suunnasta tuleva monoääni pystytään jo toistamaan tarkasti, mutta haluamme enemmän. Kuuntelemme tilaa, emme vain musiikkia tai puhetta. Haluamme tietää äänilähteiden sijainnin.

Tarve periytyy aikojen alusta. Kun risahdus pensaikossa varoitti petoeläimestä, piti kuulla myös, missä päin vaara vaani.

Ei ihme, että heti äänentoistotekniikan synnyttyä alettiin pohtia, miten välittää tietoa äänen suunnasta.

Vuonna 1881 ranskalainen insinööri Clément Ader (1841-1926), kokeili "teatrofonia" Pariisin sähkömessuilla. Hän asensi oopperasaliin useita hiilimikrofonipareja ja kytki jokaiseen puhelinlinjaparin, joka välitti musiikin messujen kuunteluhuoneeseen. Messuvieraat kuuntelivat aarioita kahdella puhelimella, kuuloke kummassakin korvassa.


Lisätään vain kaiuttimia?

Monen kaiuttimen kuuntelujärjestelmät tulivat 1950-luvulla, kun elokuvateatterit joutuivat vastaamaan television kilpailuun. Kehitettiin monenlaisia kaiutinasetelmia. Elokuvateatterien standarditekniikka, "5.1.", on kymmenen viime vuoden aikana yleistynyt myös kodeissa.

Usean kaiuttimen järjestelmillä pyritään niin sanottuun aaltokenttäsynteesiin eli toistamaan ääniaallot tarkasti. Ääni tallennetaan eri suunnista usealla mikrofonilla. Äänite toistetaan yhtä monella kaiuttimella, jotka on asennettu kuuntelijan ympärille.

Saksalainen audioalan yritys Iosono on asentanut Münchenin lähelle Bavaria Filmstadtin elokuvateatteriin 432 kaiutinta. Yritys on kaupallistanut niin ikään saksalaisen Fraunhofer-instituutin sekä hollantilaisen Delftin teknillisen korkeakoulun pitkään tekemiä äänikenttätutkimuksia.

Ehkä saamme täydellisen äänikentän lisäämällä mikrofonien ja kaiuttimien määrää?

Ei onnistu.

- Kuunteluhuoneen seinät tulisi tapetoida kaiuttimilla, jotka ovat muutaman senttimetrin etäisyydellä toisistaan, sanoo Pulkki.

Musiikkitutkija Dave Malham brittiläisestä Yorkin yliopistosta on pohtinut aaltokenttäsynteesin rajoja. Jos halutaan toistaa tarkasti äänikenttä pallossa, jonka halkaisija on kaksi metriä, informaatioteo¬rian mukaan tarvitaan ainakin neljäsataatuhatta kaiutinta. Kaiuttimien pitäisi myös säteillä ääntä nykyistä täsmällisemmin. Moinen laitteisto on vielä kaukana nykytekniikan mahdollisuuksista.


Psykoakustiikka auttaa

Onneksi on löytynyt toinen tie. Kun on tutkittu, miten ihmisen aivot käsittelevät kuuloaistimuksia, on löydetty keinoja toteuttaa lähes täydellinen äänentoisto pienelläkin kaiutinmäärällä.

- Diplomityöni neuroverkoista auttoi ymmärtämään aivojen toimintaa ja sitä kautta kehittämään uudenlaisia äänentoistotekniikoita, kertoo Pulkki. Nytkin hänen työpöydällään on artikkeleita aivotutkimuksesta.

Ihminen käsittelee ääntä eri tavalla kuin esimerkiksi valoa. Silmä erottaa vaikkapa kaksi keltaista valoa. Äänet, jotka ovat toisiaan lähellä, sen sijaan sulautuvat yhteen.

Tohtoriksi Pulkki väitteli äänen amplitudipanorointitekniikasta. Panoroimalla voi rakentaa äänipanoraamoja eli laajakuvia äänimaisemasta.

Pulkki suunnitteli väitöskirjaansa varten laitteiston, jossa on mikä tahansa määrä kaiuttimia mielivaltaisesti aseteltuina. Panoroitava ääni syötetään kahteen tai kolmeen lähekkäiseen kaiuttimeen yhtä aikaa mutta eri värähdyslaajuuksilla eli amplitudeilla. Kuulija kuulee silloin vain yhden äänen, joka tuntuu tulevan kaiuttimien välistä. Vaihtelemalla amplitudien eroja saadaan ääniä kuulumaan eri paikoista kaiuttimien välillä.


Yksi menetelmä sopii moneen

Uutta suomalaisten keksinnössä on, että mitä tahansa kaiutinjärjestelmää voi ohjata samalla suuntainformaatiolla. Ääntä on kyllä panoroitu, mutta aikaisemmin jokainen kaiutinjärjestelmä vaati oman tiedostonsa.

Väitöskirjatyön jälkeen Ville Pulkki kehitti kollegansa Juha Merimaan kanssa uuden audiokoodausmenetelmän mikrofonisignaalien käsittelyä varten. Signaaleista analysoidaan, saapuuko ääni yhdestä vai useammasta suunnasta ja mistä suunnasta nimenomaan.

Myös audiokoodausmenetelmän etu on geneerisyys eli yleiskäyttöisyys. Menetelmä toimii erilaisilla määrillä kaiuttimia ja erilaisilla kaiutinyhdistelmillä.


Viulu ja piano eri maissa

Tilaäänen tarpeesta kertoo, että TKK on myynyt audiokoodauksen patentin samalle Fraunhofer-instituutille, josta saivat alkunsa suosittu äänenpakkausmenetelmä mp3 ja äänimaisemajärjestelmä Iosono. Rahaa korkeakoulu sai keksinnöstä enemmän kuin mistään muusta patenttikaupasta siihen mennessä.

Aidon äänen sovelluksista vain osa kyetään nyt arvaamaan.

Kanadalainen auditiivisen havaitsemisen tutkija, professori Stephen Adams Montrealin McGill-yliopistosta ennustaa uusia tapoja tuottaa ja kuunnella musiikkia: viulisti ja pianisti voivat esittää Mozartin sonaatin ja kokea olevansa samassa paikassa, vaikka yksi soittaa Montrealissa ja toinen Sydneyssä. "Haluamme ihmisen tuntevan, että toinen on täällä, ei maapallon toisella puolella", sanoo Adams yliopiston lehdessä.

Hän jättää mainitsematta, missä yleisö tuntee olevansa, Montrealissa, Sydneyssä, kyberavaruudessa vai omassa olohuoneessaan. Ehkä ei ole väliäkään. Tärkeintä on yhteisen tilan aistimus.


Hifiä liikeneuvotteluihin

Pulkki nostaa esille toisen sovelluksen. Pitkään on haluttu vähentää liikematkustusta korvaamalla fyysisiä tapaamisia videoneuvotteluilla. Virtuaalitapaamiset ovat kuitenkin yleistyneet hitaasti, vaikka kuva on parantunut. Puuttuu vielä jotakin, aito ääni. Näemme keskustelukumppanit, mutta puhe tulee monona, yhdestä suunnasta.
Pulkki puhuu "tapaamisen taiasta", jota pystytään luomaan tilaäänellä.

Hänen tiiminsä kehittämässä ratkaisussa keskustelu äänitetään neljällä mikrofonilla, joita kaikkia käytetään suuntatietojen laskemiseen. Yhden ääni lähetetään tietojen kanssa vastapuolelle. Data riittää tilaäänen tuottamiseen toisessa päässä.


Kalevi Rantanen on teknistä luovuutta tutkiva diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Sisältö jatkuu mainoksen alla